刀片集群系统在高性能计算中的应用

4.曙光刀片集群系统

4.1.刀片的发展和趋势

刀片服务器经过持续的发展和改进，在技术和应用上已经成熟，刀片服务器获得不断高升的认可度，受到市场的欢迎。根据IDC的预测，到2009年刀片服务器在整个服务器市场份 额将会超过25%，出货量达到280万台，销售收入超过90亿美金。

第二代刀片服务器仅注重了计算密度，由于散热的问题，I/O问题没有很好的解决，尤其是不能支持各种标准规格的IO部件，限制了其应用。

刀片的发展需要一种标准的统一，对于用户而言，没有了统一的标准，将会造成使用上的迷惑与资源的浪费。基于此，曙光改变理念，提出了综合性能强大的刀片服务器，曙光TC2600作为代表来解决一直未决的疑虑。对于刀片的密度、散热、管理、I/O问题等都针对性的有了大的完善。

4.2.具备集群系统的所有优点

应用于高性能计算的刀片集群系统，具备通用的Cluster架构的所有优点，主要体现在：

  高性价比；
开放性，兼容性
  易扩展，扩展成本低
易管理使用
整体拥有成本低
使用灵活，尤其适合用户计算中心

4.3.刀片集群相对于机架式服务器集群的优点

4.3.1. 计算密度更高

提高计算密度是刀片服务器发展的主要动力之一。对于超级计算中心的大规模并行计算机来说，提高计算密度尤其重要。

峰值性能为10万亿次的曙光4000A，基于2U 4路机架式服务器，系统共包含45个计算机柜。而提供同样的计算能力，使用曙光刀片式集群，只需要3个机柜；计算系统提高10倍，构造100万亿次的超级计算机，也只需要25个机柜，占用200平米的机房空间。

4.3.2. 机房要求降低

大规模高性能计算机将对机房空间提出较高的要求，并且要为系统的扩容升级留下空间。刀片式集群系统实现了较高的计算密度，并且有效降低了系统功耗，对系统空调等散热系统的要求也相对降低。

4.3.3. 功耗散热降低

刀片服务器的功耗部件较少。刀片柜中的电源将由多个刀片共享，所以会使用高效率电源，减小了系统功耗，同时产生的热量减少，减少了冷却系统的耗电量。

节能的设计体现在曙光刀片服务器的各个层面：

1）根据实时功耗确定工作电源个数，使电源工作在最佳效率曲线上。
2）修改计算刀片操作系统内核，实现节能
3）多计算刀片任务调整调度

4.3.4. 布线简单

在机架式服务器构成的集群系统中，系统布线是一个很大的问题。系统的线缆可能包括高性能计算网络（Infiniband，Myrinet，以太网等）、数据网络、管理网络、监控网络、电源网络、KVM网络等，这些线缆需要连接到每一个计算单元。尤其是在高密度、计算单元数目又比较多的情况下，系统布线是令设计人员头疼的问题。

刀片式集群系统可以大大减少系统布线的数量。多个刀片服务器可以共用冗余电源，内置的交换机将高速网络（Infiniband等）、数据网络、管理网络、KVM网络集成在一起，只需要对刀片柜进行布线，刀片柜内部的计算刀片通过背板连接，无需布线。

根据计算，使用刀片式集群，可以节省85%以上的系统布线。

4.3.5. 可靠性提高

曙光刀片服务器采用无源背板进行系统互连，与传统的线缆连接方式相比，把可靠性提高到了一个数量级以上。刀片系统采取模块化、冗余、热插拔设计，进一步提高了系统的可靠性。

可靠性的提高对高性能计算应用有着重要的价值。目前，采取进程动态迁移和Checkpoint来保证并行作业的可靠性还不成熟，所以对高性能计算机系统的整体可靠性要求比较高。在并行作业运行的一个周期内，要求所有参与运算的部件都不能出现故障，曙光刀片集群系统的高可靠性是其用户高性能计算的一大保证。

4.3.6. 管理方便

曙光刀片服务器管理监控高度集成：通过统一的监控界面，监控所有刀片资源，包括机箱电源、风扇、计算刀片、背板、交换机。管理系统整合目前两大监控技术，即IPMI以及KVM (Over IP)，真正实现监视控制一体化。同时，为实现方便快捷的刀片服务器管理，通过优化的管理软硬件设计，改善可管理性，增强部署和可服务性，这些将降低总的所有权成本。

5.曙光刀片集群系统上的并行应用

5.1. 测试或移植的并行应用

5.1.1. 测试的软件列表（部分）

                      CAE领域中常用软件